荷叶效应原理介绍与应用.doc

荷叶效应原理介绍与应用仿生荷叶材料1120125123谢先格20世纪70年代,波恩大学的植物学家巴特洛特在研究植物叶子表面时发现,光滑的叶子表面有灰尘,要先清洗才能在显微镜下观察,而莲叶等可以防水的叶子表面却总是干干净净。他们发现,莲叶表面的特殊结构有自我清洁功能。莲花出污泥而不染,自古以来就被人们认为是纯洁的象征,所以这一自我清洁功能又被称为“荷叶效应”。基本概念及原理荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物,有丰富的羟基OH-、氨基NH-等极性基团,在自然环境中应该很容易吸附水分或污渍。但荷叶叶面却呈现具有极强的拒水性,洒在叶面上的水会自动聚集成水珠,水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面,使叶面始终保持干净,这就是著名的"荷叶自洁效应"。通过扫描电子显微镜图像,可以清晰地看到,在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”(每两个小山包之间的距离约为20-40μm)在山包上面长满了绒毛,在山包顶又长出了一个个馒头状的“碉堡”凸顶。整个表面被微小的蜡晶所覆盖(大约200nm-2μm)。因此,在“山包”间的凹陷部份充满着空气,这样就在紧贴叶面上形成一层极薄、只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后,隔着一层极薄的空气,只能同叶面上“山包”的凸顶形成几个点接触,由于空气层、“山包”状突起和蜡质层的共同托持作用,使得水滴不能渗透,而能自由滚动。雨点在自身的表面张力作用下形成球状,水球在滚动中吸附灰尘,并滚出叶面,这就是"荷叶效应"的奧妙所在。应用领域模仿莲叶自洁的功能,可以应用于表面纳米结构的技术,可开发出自洁、抗污的纳米涂料。有些纳米涂料里渗有二氧化钛的物质。将二氧化钛等纳米微粒加到衣服的纤维里头可使普通的衣服化身为可防震、除臭、杀菌,最重要的是自洁。海岛型气候的地区由于气候湿热,更需要这种东西。在自然界这个小小的圈子里,藏着大大的惊奇。有许多事情要试着去接近、感受它,才能得到更多的知识。我们先了解到自然界中许多的生物在人类的科技进步之前早就有了微观的构造,从公分、公厘、甚至达到微米、纳米,而在莲叶上我们找到了纳米级的细微结构。这种细小的突起物,使得水珠不易吸附在莲叶上。当叶面倾斜到一定角度时,水珠会沿着叶面滑落并带走上面的污染物,达到自洁的效果。这种特性也可以应用在玻璃上,例如:经过纳米处理的玻璃本身也具有自洁的效果,这就可以运用在战机的雷达上。最近许多厂商也利用纳米技术处理涂料,物体涂上此涂料也将拥有自洁的效果。当这项技术普及化后,世界也将会改观。不会脏的地板、墙壁、和没有灰尘阻挠的无线电用品,将会不断的出现,人类的生活也会更加进步。莲叶效应描绘了一个很有效的生物模型系统,用它可以来制作人工的防污表面,因为它基于一个纯物理化学的原理。有许多的领域和方面需要这种应用,如衣料的外表面、房顶、自动喷漆器等等。如果可以使得这些领域的自清洁功能得以实现,显然会带来很多好处,而且可以节省清洁花费的费用。在工业合作中,目前正在努力将莲叶效应转化成实际的技术应用。虽然肯定还需要耗费一些时间,但是肯定迟早会有这种实用的产品走向市场。莲叶效应实质为既疏水也疏油的超双疏效应,超双疏纳米材料举例:经过超双疏技术处理过的各种纺织材料(棉、麻、丝、毛、绒、混